如果您曾經(jīng)嘗試打印AI生成的3D模型，您就會知道這種體驗可能會遇到一些障礙：3D模型可能存在不希望出現(xiàn)的“AI凸起”（小的缺陷或不規(guī)則的凸起），細節(jié)無法用您的3D打印機復(fù)制，最重要的是，機械穩(wěn)定性問題。

創(chuàng)建適用于3D打印的AI生成模型一直是熱門話題。例如，Markforged開發(fā)人員開發(fā)的AI模型生成器Backflip承諾生成針對3D打印優(yōu)化的3D模型。最近，MeshyAI宣布推出Creative Lab，這是一個用于生成可3D打印模型的平臺?，F(xiàn)在，麻省理工學(xué)院(MIT)計算機科學(xué)與人工智能實驗室(CSAIL)的研究人員與來自谷歌、Stability AI和東北大學(xué)的研究人員合作，開發(fā)了“MechStyle”系統(tǒng)。該系統(tǒng)的目標(biāo)是利用AI生成現(xiàn)實世界中的物體，在保留用戶所需外觀和紋理的同時，創(chuàng)建功能性元素。

采用MechStyle系統(tǒng)改造的部件（圖片來源：Faruqi等人）

MechStyle是如何運作的？

與其他基于人工智能的3D模型生成器相比，MechStyle的運行方式略有不同。它并非從文本提示、圖像或視頻開始，而是從一個3D模型入手，該模型可以是用戶上傳的，也可以是預(yù)先設(shè)定的（例如花瓶、掛鉤等）。用戶隨后可以向工具提供文本或圖像，以創(chuàng)建自定義版本。之后，生成式人工智能模型將修改模型的幾何形狀，同時MechStyle會模擬這些修改對特定區(qū)域的影響。通過這種方式，MechStyle確保最脆弱區(qū)域的結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)固。本質(zhì)上，它創(chuàng)建了一個人工智能增強的藍圖，用戶可以將其3D打印并在現(xiàn)實世界中使用。

在麻省理工學(xué)院發(fā)表于MechStyle的一篇文章中，他們舉了一個3D打印墻鉤的例子。用戶可以上傳該部件的3D模型，指定打印材料，并要求系統(tǒng)創(chuàng)建一個定制版本，例如“生成一個仙人掌形狀的掛鉤”。人工智能模型與仿真模塊協(xié)同工作，生成一個類似仙人掌的3D模型，同時保留掛鉤的結(jié)構(gòu)特性。因此，兩個組件協(xié)同工作：樣式生成過程（基于對文本命令的理解）和來自仿真模塊的反饋。

“我們希望利用人工智能創(chuàng)建可以實際制造并在現(xiàn)實世界中使用的模型，”麻省理工學(xué)院電子工程與計算機科學(xué)系(EECS)博士生、計算機科學(xué)與人工智能實驗室(CSAIL)工程師Faraz Faruqi說?！癕echStyle模擬了基于生成式人工智能的修改對結(jié)構(gòu)的影響。我們的系統(tǒng)允許您個性化定制物品的觸感體驗，融入您的個人風(fēng)格，同時確保物品能夠經(jīng)受日常使用?！?/span>

通過物理學(xué)增強強度：有限元分析

有限元分析(FEA)是MechStyle項目的關(guān)鍵組成部分。這種物理模擬方法會生成一種熱圖，指示哪些區(qū)域在實際載荷下結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，哪些區(qū)域結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固。然后，隨著人工智能不斷優(yōu)化模型，模擬會識別出模型中正在削弱的部分，并阻止任何進一步的修改。

然而，每次都運行有限元分析(FEA)仿真會顯著降低人工智能的處理速度。因此，MechStyle的設(shè)計使其能夠判斷何時何地需要進行額外的結(jié)構(gòu)分析。“MechStyle的自適應(yīng)規(guī)劃策略會跟蹤模型中特定點的變化，”Faruqi補充道，“當(dāng)genAI系統(tǒng)進行修改并影響模型的某些區(qū)域時，我們的方法會重新模擬設(shè)計物理過程。然后，MechStyle會進行相應(yīng)的調(diào)整，以確保模型在制造后不會發(fā)生損壞?！?/span>

MechStyle迭代工作流程（照片來源：Faruqi等人） 

利用有限元分析(FEA)和自適應(yīng)規(guī)劃，MechStyle能夠生成結(jié)構(gòu)完整性達100%的物體。研究團隊測試了30個模型，這些模型的樣式分別類似于磚塊、石頭和仙人掌，他們發(fā)現(xiàn)創(chuàng)建結(jié)構(gòu)完整性物體的最有效方法是動態(tài)識別薄弱區(qū)域，并調(diào)整生成式AI流程以減輕其影響。研究人員意識到，當(dāng)應(yīng)力達到某個閾值時，他們可以完全停止樣式生成，或者逐步改進，以防止高風(fēng)險區(qū)域達到該閾值。

MechStyle的改進空間

加拿大計算機科學(xué)與人工智能實驗室（CSAIL）的研究人員解釋說，MechStyle系統(tǒng)可以保證用戶模型的結(jié)構(gòu)完整性，但目前還無法改進原本就不具備結(jié)構(gòu)完整性的3D模型。如果有人將不具備結(jié)構(gòu)完整性的模型上傳到MechStyle，將會收到錯誤提示。未來，研究團隊希望MechStyle能夠提升這些缺陷模型的耐久性。

還記得MechStyle也是從用戶上傳的3D模型或選定的預(yù)設(shè)開始的嗎？這也是研究人員希望改進的另一個方面。他們希望該平臺能夠利用生成式人工智能來創(chuàng)建3D模型，而不是依賴預(yù)定義的設(shè)計。

編譯整理：3dnatives